SS310S 대 SS321: 고온-스테인리스강 비교

SS310S 대 SS321둘 다 오스테나이트 등급입니다. 둘 다 높은 온도를 처리합니다. 둘 다 동일한 ASTM A312 사양 시트에 표시됩니다. 하지만 잘못된 것을 선택한다고 해서 돈만 낭비되는 것은 아닙니다. - 6,000km 떨어진 공장에서 교체용 튜브를 긴급 공급하는 동안 3주 동안 용광로 라인이 중단될 수 있습니다.

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• SS310S (UNS S31008)내산화성에 최적화된 고-크롬, 고{1}}니켈 합금입니다. "S"는 용접성을 향상시키고 제조 중 탄화물 석출을 줄이기 위한 저-탄소 화학(최대 0.08%)을 나타냅니다.
• SS321 (UNS S32100)본질적으로 표준 304 스테인레스 스틸로 안정화되어 있습니다.티탄. 티타늄은 탄소와 열심히 결합하여 크롬을 훔치는 것을 방지하고 결정립 경계를 부식에 취약하게 만듭니다.

제품 형태

바 & 로드

플레이트 및 시트

코일 및 스트립

파이프 및 튜브

피팅 : 플랜지, 티, 엘보우, 리듀서 등

단조: 링, 샤프트, 원형, 블록 등

고온-성능: 310S가 가격표를 받는 곳

이는 두 등급이 급격하게 갈라지는 지점이며 지나치게 단순화하면 실제 엔지니어링 실패가 발생하는 지점입니다.

산화 저항

310S는 지속적인 사용 시 최대 약 1100도까지 손상되지 않고 부착되는 크롬 산화물 스케일을 형성하며 간헐적인 노출은 최대 1150도까지 허용됩니다. 우리는 사우디 석유화학 분해 장치의 310S 용광로 튜브가 9년 동안 1050도 서비스를 계속한 후에도 여전히 작동하는 것을 보았습니다. 산화물 층은 손상되어 긁히면 실제로 재생되며 - 긁으면 노출된 크롬이 몇 분 안에 재산화됩니다.

321의 산화 저항 한계는 약 870-900도입니다. 그 부분을 지나서 밀면 산화물 스케일이 부서지기 시작합니다. 벗겨지고 새로운 금속이 공격에 노출됩니다. 메커니즘은 304(800도 이상에서 급격한 스케일링을 겪음)에서 볼 수 있는 것과 다르지만 최종 결과는 동일합니다. 즉, 금속 손실이 가속화되고 부품의 서비스 수명이 붕괴됩니다.

실제 임계값:연속 작동 온도가 900도를 초과하면 대화가 종료됩니다. 310S를 사용하세요. 비용을 절감하기 위해 공급업체가 321에 대해 이야기하도록 하지 마십시오. - 14개월에 튜브가 고장나고 40% 프리미엄으로 긴급 교체품을 소싱하면 절감액이 증발합니다.

크리프 및 파열 강도

600도에서 두 등급 모두 유사한 성능을 발휘합니다. - 321의 티타늄- 안정화 구조는 실제로 크리프 연성에 약간의 우위를 제공합니다. 그러나 더 높은 온도에서는 그림이 극적으로 반전됩니다.

800도에서 310S는 실온-온도 인장 강도. 321의 약 60%를 유지하며 약 45%로 떨어집니다.

1000도에서 310S는 여전히 유용한 구조적 무결성을 유지합니다.. 321 본질적으로 사용할 수 없습니다. - 크리프 속도가 압력을 견디는 응용 분야에서 허용되는 한도를 초과합니다.-

ASME B31.1 또는 EN 13480에 따라 설계된 보일러 과열기 튜브의 경우 이러한 차이는 벽 두께 계산으로 직접 변환됩니다. 에이310S 튜브850도에서 동일한 100,000-시간 파열 수명을 달성하려면 321에 상응하는 벽이 6mm가 필요한 4mm 벽에 지정될 수 있으며, 이 시점에서는 더 많은 금속을 구입하기 때문에 비용 격차가 상당히 줄어듭니다.

열 순환 저항

이는 많은 프로젝트의 허를 찌르는 과소평가된 요소입니다.- 용광로 및 열처리 장비는 정상 상태에서 거의 작동하지 않습니다. - 때로는 매일 위아래로 순환합니다.

321은 약 750도까지 열 순환을 잘 처리합니다. 티타늄 카바이드 석출물은 안정적이며 사이클링 중에 크게 조대화되지 않으므로 입계 부식 방지 기능이 수천 사이클 이상 유지됩니다.

310S는 좀 더 미묘한 차이가 있습니다. 높은 니켈 함량은 뛰어난 열 피로 저항성을 제공하지만 650-900도 범위를 반복적으로 순환하면 시그마 상 석출(충격 인성을 감소시키는 단단하고 부서지기 쉬운 금속간 상)이 촉진될 수 있습니다. 이것이 바로 사이클이 심한 310S 부품에 대해 용액 어닐링(일반적으로 1050-1150도에서 급속 냉각)이 지정되는 이유입니다. 공급업체가 어닐링을 건너뛰거나 너무 느리게 냉각되면 시그마 단계가 시작되고 튜브가 용접부에서 균열이 발생합니다.

부식 저항성: "310S의 승리"만큼 단순하지는 않습니다.

여기에서 많은 비교 기사가 잘못되었습니다. 그들은 310S가 전반적으로 더 나은 내식성을 가지고 있다고 말할 것입니다. 그것은 절반만 사실이고 나머지 절반은 중요합니다.

대기 및 일반 부식

일반적인 대기 노출 및 약한 화학 물질 서비스의 경우 두 등급 모두 비슷한 성능을 발휘합니다. 수동 크롬 산화물 필름은 양쪽 모두에 형성됩니다. 예를 들어 주변 온도의 해양 대기에서는 의미 있는 차이를 볼 수 없습니다.

고온-산화

310S가 결정적으로 승리합니다. 크롬 함량이 높을수록 더 두껍고 접착력이 더 강한 산화물 스케일이 생성됩니다. 1000도 대기에서 310S는 동일한 온도에서 0.05mm/년 미만의 산화율. 321을 보여주며 장기 사용 부품에는 허용되지 않는 5{8}}10배의 금속 손실율-을 나타냅니다.

입계 부식

이곳은 321의 홈구장이다. 425-870도 민감도 범위에서 용접 또는 서비스 후 321의 티타늄 첨가는 결정립 경계에서 크롬 탄화물 석출을 방지합니다. 용접 조인트는 용접 후 열처리 없이도 완전한 내식성을 유지합니다.

티타늄 안정화가 부족한 310S는 임계 온도 범위 -, 특히 열에 영향을 받는 용접 영역에서-유지될 경우 민감화를 겪을 수 있습니다. 민감화 범위를 통해 천천히 냉각되는 두꺼운- 단면 용접물의 경우 이는 실제 위험입니다. 완화 방법은 용접 후 용액 어닐링이지만, 건설된 설비에서는 항상 실용적인 것은 아닙니다.

요점:귀하의 응용 분야에 부식성 매체를 사용하여 400-870도 범위에서 용접 후 서비스가 포함되는 경우, 321은 합금 함량이 낮음에도 불구하고 종종 더 안전한 야금학적 선택입니다. 산화 분위기에서 900도 이상이면 310S가 유일한 실행 가능한 옵션입니다.

황화 및 침탄

특히 황 수준이 매우 높을 수 있는 중동 원유 처리 분야의 정유소 서비스의 경우 - 310S의 높은 크롬은 현저하게 더 나은 황화 저항성을 제공합니다. 침탄 분위기(예: 에틸렌 분해로)에서도 310S가 선호되지만 HP{4}}개량 주조와 같은 특수 등급이 가장 엄격한 침탄 서비스에 사용되는 경우가 많습니다.

321은 표준 304에 비해 황화 또는 침탄 저항성에 특별한 이점을 제공하지 않습니다. 정련소 사양에서 황화 저항을 요구하는 경우 321을 대체하지 마십시오.

용접성 및 제작: 작업 현장의 현실

SS321 용접

321일반적으로 용접공에게{0}}친화적인 등급으로 간주됩니다. 티타늄 안정화는 내부식성을 복원하기 위해 용접 후 어닐링이 필요하지 않음을 의미합니다. - 이는 특히 대규모 조립품의 현장 용접에서 상당한 비용과 물류상의 이점을 제공합니다.

표준 GTAW(TIG) 및 SMAW(스틱) 프로세스가 잘 작동합니다. 필러 금속은 일반적으로 ER321이 아닌 ER347(니오븀{2}}안정화)입니다. 그 이유는 티타늄이 아크 전체에 잘 전달되지 않기 때문입니다. 우리는 일부 상점에서 비용상의 이유로 ER308L 필러를 사용하려고 시도하는 것을 보았습니다. - 이는 기계적으로 작동하지만 입계 부식 보호 기능을 희생하므로 부식성 서비스에는 권장되지 않습니다.

얇은 단면의 경우 층간 온도를 150도 미만으로 유지하도록 열 입력을 제어해야 합니다. 두꺼운-섹션 다중-패스 용접의 경우 직조 침전물보다는 스트링거 비드가 민감화 범위에서 시간을 제한하는 데 도움이 됩니다.

SS310S 용접

310S는 더 까다롭습니다. 합금 함량이 높으면 열간 균열-, 특히 용접 금속의 응고 균열 및 열 영향부에서 용상 균열의 위험이 증가합니다-. 이는 완전 오스테나이트 용접과 관련하여 잘 문서화되어 있는 문제입니다.-

주요 사례:

• 중요한 서비스에는 일치하는 필러(ER310) 또는 약간 과합금된 필러(ER310)를 사용하세요.{1}}
• 열 입력을 낮게 유지하세요. 직조가 아닌 - 스트링거 비드
• 패스간 온도를 엄격하게 제어(150도 이하)
• 응고시 균열을 방지하기 위해 접합부에 대한 구속을 최소화합니다.
• 임계 압력-포함 애플리케이션을 위한 용접 후 용액 어닐링

자주 묻는 질문

Q: SS321이 SS310S를 대체할 수 있나요?

서비스 온도가 900도 미만이고 대기가 강하게 황화되거나 침탄되지 않는 경우에만 가능합니다. 900도 이상의 온도에서는 321이 실행 가능한 대체품이 아닙니다. - 산화 및 스케일링으로 인해 실패합니다. 엔지니어링 검토 없이는 절대 대체하지 마십시오.

Q: 용접에는 어떤 등급이 더 좋나요?

SS321은 용접에 더 관대합니다. 티타늄 안정화 덕분에 대부분의 응용 분야에서 용접 후 용액 어닐링이 필요하지 않습니다. SS310S는 신중한 용접 절차 제어(낮은 열 입력, 스트링거 비드, 패스간 온도 제어)가 필요하며 종종 중요한 서비스를 위해 용액 어닐링이 필요합니다.

Q: SS321의 온도 제한은 무엇입니까?

연속 서비스의 경우 321은 약 870-900도 등급입니다. 열 순환을 통한 간헐적인 서비스의 경우 장기적인 구조적 무결성을 보장하기 위해 800도 미만으로 유지하는 것이 좋습니다. 900도 이상에서는 산화 속도가 급격히 증가하여 더 이상 적합하지 않습니다.

Q: SS310S가 SS321보다 훨씬 비싼 이유는 ​​무엇입니까?

가격 차이는 원자재 가격을 반영합니다.. 310S에는 니켈이 19~22%, 321은 9~12%, 크롬은 17~19%에 비해 24~26% 포함됩니다. 현재 니켈 가격에서는 합금 차이가 톤당 800~1,200달러에 이릅니다. 균형은 낮은 생산량(310S는 더 작은 열로 생산되는 특수 등급)과 높은 처리 비용입니다.

Q: SS310S에는 용접 후 열처리가-필요합니까?

중요하지 않은-애플리케이션과 씬 섹션의 경우에는 그렇지 않습니다. 부식성 또는 고온에서 사용되는 압력{2}}용접물 포함-의 경우 1050~1150도에서 용액 어닐링한 후 급속 냉각하여 용접 중에 형성된 크롬 탄화물을 용해하고 미세 구조를 균질화하는 것이 좋습니다.

Q: 유럽과 동등한 것이 있습니까?

예. SS310S는 EN 1.4845(X10CrNi25-21)에 해당합니다. SS321은 EN 1.4541(X6CrNiTi18-10)에 해당합니다. 독일 응용 분야의 경우 AD 2000 W10은 압력 용기 사용을 위한 310S를 다룹니다. 유럽 ​​지역 재료 구매 주문 시 항상 ASTM 및 EN 지정을 모두 참조하십시오.

Q: SS321 용접에는 어떤 용가재를 사용해야 합니까?

ER321 대신 ER347(니오븀-안정화) 필러를 사용하세요. 티타늄은 용접 아크를 통해 효율적으로 전달되지 않으므로 니오븀은 용착된 용접 금속에 안정화 기능을 제공합니다. ER308L은 중요하지 않은 용도에 사용할 수 있지만{5}}입계 부식 방지 기능은 제공하지 않습니다.

Q: 올바른 성적을 받았는지 어떻게 확인하나요?

휴대용 XRF나 OES 장비를 이용한 PMI(Positive Material Identification)가 가장 빠른 방법입니다. 완전한 검증을 위해서는 3.1 또는 3.2 MTR을 요청하고 -ASTM A240 구성 한계에 대한 열 분석을 교차 확인하세요. 321의 경우 티타늄 함량이 - 범위 내에 있는지 확인하세요. 이는 하위-등급 공장에서 가장 일반적으로 "잊혀지는" 요소입니다.

Q: 310과 310S의 차이점은 무엇입니까?

"S" 지정은 저-탄소 변형을 나타냅니다(0.08% 이하의 C 대 표준 310의 경우 0.25% 이하). 낮은 탄소는 425-870도 범위에서 용접 및 서비스 중 감작 위험을 줄입니다. 거의 모든 최신 애플리케이션의 경우 310S가 지정됩니다. 표준 310은 신축 공사에는 거의 사용되지 않습니다.

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